JPH11127542A - インバータの単独運転検出方法およびその装置並びにパワーコンディショナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】出力電力の効率を下げることなく、能動的方式
によって単独運転を検出できるようにする。 【解決手段】電流制御型のパワーコンディショナ２にお
いて、指令電流に高調波重畳手段１５からの高調波を重
畳することにより、インバータ４の出力電流に高調波電
流を一定の周期で重畳し、その周期に対応して高調波検
出手段１６では、単独運転時に増加する系統電圧の高調
波を検出し、それに基づいて単独運転を検出するように
している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、太陽光発電システ
ム等の系統連系システムにおいて、系統電源と連系され
るインバータに関し、さらに詳しくは、系統電源からの
電力の供給が停止されたときのインバータの単独運転を
検出する方法およびその装置並びにパワーコンディショ
ナに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、太陽光発電などによる分散型電源
と系統電源（商用電源）とをインバータを介して逆潮流
有りで連系し、分散型電源だけでは電力が賄えない場合
に、その電力を系統側から供給するようにした系統連系
システムが開発されている。

【０００３】この種の系統連系システムでは、商用電源
系統の不測の停電時や作業停電時において、分散型電源
から系統側へ逆充電されるのを防止する必要があるため
に、系統側からの電力の供給が停止された単独運転を検
出して系統側と切り離すとともに、インバータの駆動を
停止するようにしている。

【０００４】このような単独運転を検出する方式とし
て、連系運転から単独運転に移行したときの電圧波形や
位相などの変化を捉えて単独運転を検出する受動的方式
と、インバータに変動要因を与えておき、連系運転時に
はその変動要因が出力に現れず、単独運転時には現れる
ようにして検出する能動的方式とがある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】一般に、受動的方式
は、系統側に影響を与えることなく、単独運転を検出で
きるけれども、不感帯が広いという難点があり、一方、
能動的方式は、受動的方式に比べて不感帯が狭いもの
の、例えば、インバータから出力される無効電力を変動
させる無効電力変動方式では、力率を下げるために、ま
た、インバータから出力される有効電力を変動させる有
効電力変動方式では、インバータの出力電流の絶対値を
変動させるために、いずれも、出力電力の効率が下がっ
てしまうという難点がある。

【０００６】本発明は、上述の点に鑑みて為されたもの
であって、出力電力の効率を下げることなく、能動的方
式によって単独運転を検出できるようにすることを目的
とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明では、上述の目的
を達成するために、次のように構成している。

【０００８】すなわち、本発明の単独運転検出方法は、
系統電源と連系されたインバータの単独運転を検出する
方法であって、前記インバータの出力電流または出力電
圧を制御して前記出力電流または前記出力電圧に高調波
を重畳し、系統側に現れる電圧または電流の高調波を検
出することにより、単独運転を検出するものである。

【０００９】また、本発明の単独運転検出装置は、系統
電源と連系されたインバータの単独運転を検出する装置
であって、前記インバータの出力電流または出力電圧を
制御して前記出力電流または前記出力電圧に高調波を重
畳する高調波重畳手段と、系統側に現れる電圧または電
流の高調波を検出する高調波検出手段とを備え、前記高
調波検出手段の出力に基づいて、単独運転を検出するも
のである。

【００１０】さらに、本発明の単独運転検出装置は、イ
ンバータの出力電流に高調波電流を重畳して系統電圧の
高調波を検出するものであり、前記高調波電流を重畳さ
せるタイミングおよび該タイミングに対応して前記系統
電圧の高調波を検出するタイミングを制御するタイミン
グ制御手段を備えるものである。

【００１１】また、本発明の単独運転検出装置は、系統
電圧の高調波成分を分離してインバータの出力電流に正
帰還させる構成とするのが好ましい。

【００１２】さらに、本発明の単独運転検出装置は、重
畳させる前記高調波電流のレベルを一定範囲に制限する
のが好ましい。

【００１３】また、本発明のパワーコンディショナは、
本発明の単独運転検出装置を備えたものである。

【００１４】本発明の単独運転検出方法および単独運転
検出装置によれば、インバータの出力電流または出力電
圧に高調波を重畳し、単独運転時に系統側に現れる電圧
または電流の高調波を検出するので、従来例の電力変動
方式のように電力効率を下げることなく、能動的方式に
よって単独運転状態を検出できることになる。

【００１５】また、本発明の単独運転検出装置によれ
ば、インバータの出力電流に高調波電流を重畳させるタ
イミングおよび該タイミングに対応して系統電圧の高調
波を検出するタイミングを制御するので、外乱による誤
動作を防止することができる。

【００１６】さらに、本発明の単独運転検出装置によれ
ば、系統電圧の高調波成分を分離してインバータの出力
電流に正帰還させるので、単独運転の検出感度を高める
ことができる。

【００１７】また、本発明の単独運転検出装置によれ
ば、重畳させる前記高調波電流のレベルを一定範囲に制
限するので、系統との連系運転の規格である高調波の制
限規定を満たすことができる。

【００１８】本発明のパワーコンディショナによれば、
能動的方式よって電力効率を下げることなく、単独運転
を検出することができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、図面によって本発明の実施
の形態について、詳細に説明する。

【００２０】（実施の形態１）図１は、本発明の一つの
実施の形態に係る太陽光発電システムの構成図である。

【００２１】この実施の形態の太陽光発電システムは、
直流電源としての太陽電池１と、本発明に係る単独運転
検出装置を備える電流制御型のパワーコンディショナ２
とを備えており、パワーコンディショナ２は、太陽電池
１からの直流電力を系統電源３と同期のとれた交流電力
に変換するインバータ４と、太陽電池１の出力電圧と指
令電圧値とが入力される差動増幅器５と、系統電圧を検
出して５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの正弦波波形を発生する
正弦波波形発生部６と、この正弦波波形発生部６からの
正弦波と差動増幅器５の出力とを乗算して電流指令値を
出力する乗算器７と、電流指令値と変流器（ＣＴ）８で
検出されたインバータ４の出力電流との差を増幅する誤
差増幅器９と、この誤差増幅器９の誤差信号がゼロにな
るように、インバータ４のスイッチング素子にスイッチ
ング信号を出力してＰＷＭ制御を行うＰＷＭ制御回路１
０と、後述の単独運転時やその他の異常時に、開閉器１
１，１２を解列するとともに、インバータ４の駆動を停
止させるといった保護動作を行う保護回路１３とを備え
ており、以上の構成は、基本的に従来例と同様である。
なお、１４は負荷である。

【００２２】この実施の形態では、出力電力の効率を下
げることなく、能動的方式によって単独運転を検出でき
るようにするために、インバータ４の出力電流に微小な
高調波電流を一定の周期で重畳し、前記重畳に対応した
タイミングで系統電圧の高調波を検出し、それ基づいて
単独運転を検出するようにしている。

【００２３】すなわち、この実施の形態の単独運転検出
装置は、インバータ４の出力電流に微小な高調波電流を
重畳する高調波重畳手段１５と、系統電圧の高調波を検
出する高調波検出手段１６と、高調波検出手段１６の出
力に基づいて、単独運転状態であるか否かを判定する判
定手段２２と、高調波電流を重畳するタイミングおよび
該タイミングに対応する系統電圧の検出のタイミングを
制御するタイミング制御手段としての周期制御手段１７
とを備えている。

【００２４】高調波重畳手段１５は、周期制御手段１７
からの高調波重畳指令のタイミングで高調波を出力する
高調波出力手段１８と、この高調波を乗算器７からの電
流指令値に加算する加算器１９とを備えており、高調波
出力手段１８は、図２に示されるように、基本高調波、
例えば３次高調波あるいは５次高調波などを発生する基
本高調波発生手段２０と、この基本高調波の重畳レベル
を高調波レベル指令に基づいて調整する乗算器２１と、
周期制御手段１７からの高調波重畳指令のタイミングで
基本高調波を加算器１９に出力にするスイッチ回路２３
とを備えており、この高調波重畳手段１５は、周期制御
手段１７の高調波重畳指令に基づいて、一定の周期、例
えば１サイクルおきに高調波を、高調波レベル指令に対
応する一定のレベルで重畳させるものであり、この一定
のレベルは、系統連系の制限規定である３％以内になる
ように制御される。

【００２５】高調波検出手段１６は、図３に示されるよ
うに、系統電圧のアナログ波形を検出するアナログ波形
検出回路２４と、検出されたアナログ波形をＡ／Ｄ変換
するＡ／Ｄ変換回路２５と、このＡ／Ｄ変換回路２５の
出力が与えられる離散的フーリエ変換回路（ＤＦＴ）２
６とを備えており、周期制御手段１７からの検出指令の
タイミングで系統電圧の高調波を検出するものである。
離散的フーリエ変換回路２６は、アナログ波形の中から
ある周波数帯のレベルのみを離散値系で演算するもので
あり、この実施の形態では、重畳された３次あるいは５
次の高調波のレベルを演算出力するものである。

【００２６】なお、基本波および例えば３次高調波は、
下記の数１および数２でそれぞれ示される。また、各式
において、Ｎは、一周期当たりのサンプリング回数であ
る。

【００２７】

【数１】

【００２８】

【数２】

【００２９】離散的フーリエ変換回路２６の出力が与え
られる判定手段２２では、検出された高調波のレベル
が、予め定めたレベルを越えたか否かを判定し、予め定
めたレベルを越えたときには、単独運転状態であるとし
て、保護回路１３に動作指令を出力するものである。

【００３０】正常な連系運転時には、系統電圧はインバ
ータ４の出力電流の影響を受けないので、出力電流に重
畳している高調波は現れないけれども、単独運転状態に
なると、インバータ４の出力電流と負荷１４の状態とに
よって系統電圧が決定されるので、系統電圧に出力電流
の高調波が現れることになり、高調波検出手段１６でこ
の高調波を検出することにより、単独運転を検出して保
護回路１３に保護指令を出力するものである。

【００３１】周期制御手段１７は、図４に示されるよう
に、系統電圧から得られた系統周波数クロックに基づい
て、例えば１サイクルおきに高調波重畳指令を高調波重
畳手段１５に出力する高調波重畳指令出力回路２７と、
この高調波重畳指令のタイミングをずらして検出指令と
して高調波検出手段１６に出力するタイミング調整回路
２８とを備えており、高調波重畳のタイミングと高調波
検出のタイミングとを調整し、高調波電流の重畳と無関
係な外乱による系統電圧の高調波によって誤動作しない
ようにしている。

【００３２】図５は、以上の構成を有する本発明のパワ
ーコンディショナ２によって３次高調波を、わかりやす
くするために、１０％重畳させた場合の正常な連系運転
時における系統電圧と出力電流とを示す波形図であり、
図６は、単独運転時における系統電圧と出力電流とを示
す波形図である。

【００３３】正常な連系運転時には、系統電圧はインバ
ータ４の出力電流の影響を受けないので、図５に示され
るように系統電圧には出力電流に重畳している３次高調
波は現れないけれども、単独運転状態になると、インバ
ータ４の出力電流と負荷１４の状態とによって系統電圧
が決定されるので、図６に示されるように系統電圧に出
力電流の３次高調波が現れ、これを、高調波検出手段１
６で検出することにより、単独運転を検出するのであ
る。

【００３４】このように出力電流に高調波を重畳し、単
独運転時に系統電圧に高調波が現れることを検出して単
独運転を検出するので、従来の能動的方式と同様に、受
動的方式に比べてより正確に単独運転を検出できるとと
もに、従来の電力変動方式のように電力効率を下げるこ
とがない。

【００３５】（実施の形態２）図７は、本発明の他の実
施の形態の太陽光発電システムの構成図であり、上述の
実施の形態に対応する部分には、同一の参照符号を付
す。

【００３６】この実施の形態では、系統電圧の高調波成
分を分離してインバータ４の出力電流に正帰還させるよ
うに構成しており、このため、系統電圧から高調波重畳
手段１５で重畳させた高調波成分を分離する分離手段２
９と、この分離手段２９からの高調波成分のゲインを調
整して高調波重畳手段１５に出力するゲイン調整回路３
０とを有している。

【００３７】分離手段２９は、図８に示されるように、
系統電圧のアナログ波形を検出するアナログ波形検出回
路３１と、検出されたアナログ波形をＡ／Ｄ変換するＡ
／Ｄ変換回路３２と、このＡ／Ｄ変換回路３２の出力が
与えられるローパスフィルタ３３およびハイパスフィル
タ３４の組み合わせからなるバンドパスフィルタ３５と
を備えており、高調波成分のみを分離してゲイン調整回
路３０に出力するように構成されている。なお、この分
離手段は、フイルタ回路をＡ／Ｄ変換回路の前段に設け
てハード的に構成してもよい。

【００３８】単独運転状態では、系統電圧に高調波が現
れるので、アナログ波形検出回路３１の出力は、図９の
破線で示される波形となり、この波形から高調波成分が
分離されてゲイン調整されることにより、ゲイン調整回
路３０からは図９の実線で示される高調波が出力されて
高調波重畳手段１５に与えられることになる。

【００３９】その他の構成は、上述の実施の形態と同様
であるので、その説明は省略する。

【００４０】この実施の形態によれば、系統電圧の高調
波成分を正帰還させるので、単独運転時に系統電圧の高
調波が増加すると、さらに高調波成分が増加することに
なり、単独運転の検出感度が向上することになる。

【００４１】また、検出感度が向上するので、インバー
タ４の出力電流に重畳させる高調波電流の割合を、上述
の実施の形態に比べて少なくすることができる。

【００４２】（その他の実施の形態）上述の実施の形態
では、インバータの出力電流を制御して高調波電流を重
畳し、系統電圧の高調波を検出して単独運転を検出した
けれども、本発明の他の実施の形態として、インバータ
の出力電圧を制御して高調波電圧を重畳し、系統電流に
現れる高調波を検出して単独運転を検出するようしても
よい。

【００４３】上述の実施の形態では、例えば３次高調波
のみあるいは５次高調波のみを重畳させたけれども、複
数の高調波を重畳させるようにしてもよい。この場合に
は、系統連系の規格を満足させるためには、重畳させる
高調波を、総合で５％以内にする必要がある。

【００４４】上述の実施の形態では、太陽電池を発電源
とした太陽光発電システムに適用して説明したけれど
も、本発明の他の実施の形態として、燃料電池等の他の
発電源を用いた分散型電源システムに適用してもよいの
は勿論である。

【００４５】なお、本発明は、ソフト的な構成に限ら
ず、ハード的に構成してもよい。

【００４６】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、インバー
タの出力電流または出力電圧に高調波を重畳し、単独運
転状態になったときに現れる系統側の電圧または電流の
高調波を検出して単独運転を検出するので、従来例の電
力変動方式のように電力効率を下げることなく、能動的
方式によって単独運転を検出できることになる。

【００４７】また、高調波電流を重畳させるタイミング
と系統電圧の高調波を検出するタイミングとを制御する
ので、外乱による誤動作を防止することができる。

【００４８】さらに、系統電圧の高調波成分を分離して
インバータの出力電流に正帰還させるので、単独運転の
検出感度を高めることができる。

【００４９】また、重畳させる高調波電流のレベルを一
定範囲に制限するので、系統との連系運転の規格である
高調波の制限規定を満たすことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一つの実施の形態に係る太陽光発電シ
ステムの構成図である。

【図２】図１の高調波出力手段の構成図である。

【図３】図１の高調波検出手段の構成図である。

【図４】図１の周期制御手段の構成図である。

【図５】正常な連系運転時の系統電圧および出力電流の
波形図である。

【図６】単独運転時の系統電圧および出力電流の波形図
である。

【図７】本発明の他の実施の形態に係る太陽光発電シス
テムの構成図である。

【図８】図７の分離手段の構成図である。

【図９】動作説明に供する系統電圧の波形図である。

【符号の説明】

１ 太陽電池 ３ 系統電源 ２，２₁ パワーコンディショナ ４ インバータ １５ 高調波重畳手段 １６ 高調波検出手段 １７ 周期制御手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 村重 伸一 京都府京都市右京区花園土堂町10番地 オ ムロン株式会社内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 系統電源と連系されたインバータの単独
   運転を検出する方法であって、 前記インバータの出力電流または出力電圧を制御して前
   記出力電流または前記出力電圧に高調波を重畳し、 系統側に現れる電圧または電流の高調波を検出すること
   により、単独運転を検出することを特徴とするインバー
   タの単独運転検出方法。
2. 【請求項２】 系統電源と連系されたインバータの単独
   運転を検出する装置であって、 前記インバータの出力電流または出力電圧を制御して前
   記出力電流または前記出力電圧に高調波を重畳する高調
   波重畳手段と、 系統側に現れる電圧または電流の高調波を検出する高調
   波検出手段とを備え、 前記高調波検出手段の出力に基づいて、単独運転を検出
   することを特徴とするインバータの単独運転検出装置。
3. 【請求項３】 前記高調波重畳手段は、インバータの出
   力電流に高調波電流を重畳するものであり、前記高調波
   検出手段は、系統電圧の高調波を検出するものであり、 前記高調波電流を重畳させるタイミングおよび該タイミ
   ングに対応して前記系統電圧の高調波を検出するタイミ
   ングを制御するタイミング制御手段を備える請求項２記
   載のインバータの単独運転検出装置。
4. 【請求項４】 系統電圧の高調波成分を分離してインバ
   ータの出力電流に正帰還させる請求項３記載のインバー
   タの単独運転検出装置。
5. 【請求項５】 重畳させる前記高調波電流のレベルを一
   定範囲に制限する請求項３または４記載のインバータの
   単独運転検出装置。
6. 【請求項６】 請求項２ないし４のいずれかに記載のイ
   ンバータの単独運転検出装置を備えることを特徴とする
   パワーコンディショナ。